Nejdůležitější publikace 2. období (APPLICATIONS)

Nejdůležitější odborné publikace vydané během druhého období (do 31. září 2019). Seznam všech publikací výzkumného programu APPLICATIONS vydaných v rámci projektu CAAS najdete na zvláštní stránce, seznam nejdůležitějších publikací za první období pak zde.

Assessment from in vivo measurements of thyroid dose due to iodine-131 inhalation when stable iodine has been administered
David Broggio, Pedro Teles, Tomáš Vrba, Volodyumyr B. Berkovskyy
Radiation Measurements, Volume 127, August 2019, 106144
Available online 5 July 2019
Potassium iodide (KI) is a well-known thyroid prophylactic agent that blocks the incorporation of radioactive iodide in the thyroid; it is generally available for oral administration by the population in case of a nuclear release. However, the blockage provided by KI is not 100% effective and therefore activity could still be measured in the thyroid after an intake of radioactive iodine. As a consequence of KI administration the thyroid retention function and the thyroid dose coefficient are modified. To assess the thyroid dose from in vivo measurements these two quantities must be taken into account.
In this work we considered the inhalation of 131-iodine by adult, children (1, 5, 10 years-old) and adolescents (15 years). The effect of KI administration was modelled by a time-dependent blood to thyroid transfer rate coefficient. The model was benchmarked against dose coefficient in the absence of KI and against the protective effect curves depending on KI administration time.
This KI specific model was used to provide correction factors for dose assessment. These multiplicative correction factors apply to a “classical” dose assessment, i.e. a dose assessment based on the ICRP default model that ignores the KI effect. This solution has been preferred since it provides ready to use values avoiding implementing the KI specific model. The correction factors depend on the measurement time and on the KI administration time. They are relatively independent of age and can be described by simple analytic functions. Working examples are provided in this study.
For examples, KI administration 12h before the intake and early in vivo measurements (between 4h and 64h) after the intake give correction factors between 1.2 and 15. For late measurements the correction factors are generally small. If KI has been taken after the intake the correction factors are also generally small, except for very early measurements.

Measurements and Monte Carlo Simulations of 241Am Activities in Three Skull Phantoms: EURADOS-USTUR Collaboration
María López; Pedro Nogueira; Tomas Vrba; Richard Tanner; Werner Rühm; Sergei Tolmachev
Health Physics. 117(2):193–201, AUGUST 2019
Publication Date: August 2019
An international intercomparison was organized by Working Group 7, Internal Dosimetry, of the European Radiation Dosimetry Group in collaboration with Working Group 6, Computational Dosimetry, for measurement and Monte Carlo simulation of 241Am in three skull phantoms. The main objectives of this combined exercise were (1) comparison of the results of counting efficiency in fixed positions over each head phantom using different germanium detector systems, (2) calculation of the activity of 241Am in the skulls, (3) comparison of Monte Carlo simulations with measurements (spectrum and counting efficiency), and (4) comparison of phantom performance. This initiative collected knowledge on equipment, detector arrangements, calibration procedures, and phantoms used around the world for in vivo monitoring of 241Am in exposed persons, as well as on the Monte Carlo skills and tools of participants. Three skull phantoms (BfS, USTUR, and CSR phantoms) were transported from Europe (10 laboratories) to North America (United States and Canada). The BfS skull was fabricated with real human bone artificially labeled with 241Am. The USTUR skull phantom was made from the US Transuranium and Uranium Registries whole-body donor (case 0102) who was contaminated due to an occupational intake of 241Am; one-half of the skull corresponds to real contaminated bone, the other half is real human bone from a noncontaminated person. Finally, the CSR phantom was fabricated as a simple hemisphere of equivalent bone and tissue material. The three phantoms differ in weight, size, and shape, which made them suitable for an efficiency study. Based on their own skull calibration, the participants calculated the activity in the three European Radiation Dosimetry Group head phantoms. The Monte Carlo intercomparison was organized in parallel with the measurement exercise using the voxel representations of the three physical phantoms; there were 16 participants. Three tasks were identified with increasing difficulty: (1) Monte Carlo simulation of the simple CSR hemisphere and the Helmholz Zentrum München high-purity germanium detector for calculating the counting efficiency for the 59.54 keV photons of 241Am, in established measurement geometry; (2) Monte Carlo simulation of particular measurement geometries using the BfS and USTUR voxel phantoms and the Helmholz Zentrum München high-purity germanium detector detector; and (3) application of Monte Carlo methodology to calculate the calibration factor of each participant for the detector system and counting geometry (single or multidetector arrangement) to be used for monitoring a person in each in vivo facility, using complex skull phantoms. The results of both exercises resulted in the conclusion that none of the three available head phantoms is appropriate as a reference phantom for the calibration of germanium detection systems for measuring 241Am in exposed adult persons. The main reasons for this are: (1) lack of homogeneous activity distribution in the bone material, or (2) inadequate shape/size for simulating an adult skull. Good agreement was found between Monte Carlo results and measurements, which supports Monte Carlo calibration of body counters as an alternative method when appropriate physical phantoms are not available and the detector and source are well known.

Polovinu ozáření populace způsobuje radon: Ochrana proti němu je hlavním tématem konference RADON2019

V České republice způsobuje radon (přírodní radioaktivní plyn; chemická značka Rn) 50 procent ozáření populace ze všech zdrojů ionizujícího záření a 70 procent z přírodních zdrojů. Obdobná situace je také např. ve Švýcarsku či ve státech severní Evropy. Ozáření způsobené radonem a produkty jeho radioaktivní přeměny přitom může, podobně jako kouření, způsobit onemocnění rakovinou plic. Poměr rakoviny plic způsobený radonem v poměru k rakovině způsobené kouřením je přibližně 1:4. Vzhledem k takto vysokým číslům a negativnímu zdravotnímu dopadu na obyvatele probíhá v ČR rozsáhlý radonový program, jehož cílem je především šířit informace o radonové problematice u laické i odborné veřejnosti i skrze bezplatné roční měření radonu ve stavbách, podpora provádění preventivních opatření ke snížení jeho výskytu v nových stavbách a provádění zásahů s cílem snížit ozáření radonem ve starší zástavbě. A právě to vše jsou témata mezinárodní konference RADON2019, jejíž devátý ročník začne v pondělí 16. září 2019 v budově Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI). Konferenci pod záštitou Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) s Katedrou dozimetrie a aplikace ionizujícího záření FJFI (KDAIZ) spolupořádá Státní ústav radiační ochrany (SÚRO, v.v.i.).
(Pokračování textu…)

Nejdůležitější publikace 1. období (APPLICATIONS)

Nejdůležitější odborné publikace vydané během prvního období (do 31. března 2019). Seznam všech publikací výzkumného programu APPLICATIONS vydaných v rámci projektu CAAS najdete v předchozím příspěvku.

Mediaeval metal threads and their identification using micro-XRF scanning, confocal XRF, and X-ray micro-radiography
M. Hložek, T. Trojek, R. Prokeš, V. Linhart
Radiation Physics and Chemistry, Volume 155, February 2019, Pages 299-303
Fabrics with metal threads were discovered in mediaeval well during excavations in the Mečová 2 Street in Brno. These are thin braids woven of metal threads using a small loom and sewed together into a broader strip. The textile materials are in a relatively good state, because the environment of the well preserved organic materials (fabrics, leather, wood). Furthermore, the positive effect of metal corrosion on the preservation of organic parts of the fabric occurred here. If metal threads are found in graves or dwelling backfills, only spiral-shaped metal fragments with microscopic relics of organic fibers are preserved. Based on microphotographs, we assume that metal threads were made by cutting or scissoring thin strips of metal sheets. The strips were spirally wound on a textile thread. The excavated fabric was deposited in a museum collection storage room for 20 years unnoticed, because its surface was covered with a layer of sediment and corrosion products. During the systematic research of mediaeval fabrics from Brno, it was found out that relics of gold are present in the ends of some of the threads. The fabrics were examined by non-destructive analytical methods. Metal threads covered with sediment and corrosion products were studied using X-ray fluorescence and radiography methods. The concentrations of elements in the individual layers show that the centre of the metal thread is formed by a silver strip. A thin layer of gold was laid on the silver strip. Silver was alloyed with copper, which corrosion products covered the whole metal strip and solidified the layer of sediments in the surface. XRF elemental mapping was employed to find out whether the metal threads pass through the whole braid. The results show that the braids are composed of silver threads with gold deposited on their rims and some central parts only.

Investigation of color layers of Bohemian panel paintings by confocal micro-XRF analysis
Radek Prokeš, Václava Antušková, Radka Šefců, Tomáš Trojek, Štěpánka Chlumská, Tomáš Čechák
Radiation Physics and Chemistry, Volume 151, October 2018, Pages 59-64
Confocal micro X-ray fluorescence spectroscopy (confocal micro-XRF) has recently become a significant instrumental method for analyses of cultural heritage as it provides depth-resolved information on elemental distribution of the investigated samples. This work describes results of confocal micro-XRF analyses of paint layers of two Bohemian panel paintings from the half of the 15th century that are part of the collections of the National Gallery in Prague. All the measurements were performed using a table top confocal micro-XRF setup designed at the Czech Technical University in Prague. A depth-profiling was used for investigation of red and blue paint layers in order to compare the composition and structure of the used pigments. Obtained results were compared with findings from the material survey on the sample taken from the painting Assumpta from Deštná (ca 1450, inv. no. O 724) to verify their origin in the same workshop. Confocal micro-XRF provides satisfactory data to specify the art workshop.

Tissue-equivalence of 3D-printed plastics for medical phantoms in radiology
J. Solca, T. Vrba, L. Burianova
Journal of Instrumentation, Volume 13, September 2018, Published 20 September 2018
The paper describes measurement of the linear attenuation coefficients for 59.5 keV, 122.0 keV and 344.5 keV photons and Hounsfield units for 80 kVp and 120 kVp computed tomography imaging of a large set of commercially 3D-printed test samples of different plastic materials aiming to provide a basis for a selection of a suitable and available material for 3D printing of medical phantoms used in radiology, and specifically for imaging in targeted radionuclide therapy. The results were compared to ICRU44 skeletal muscle and adipose tissues. The results also showed large differences between photon attenuation properties of the same type of plastic material printed by different companies on different printers using filaments from different manufacturers. As a result, it is highly recommended to print a medical phantom on the same printer, with the same settings, and with the same filament as the test sample.

Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT vyvíjí zařízení pro efektivnější léčbu rakoviny štítné žlázy

Práci na vývoji speciálního detektoru umožňujícího průběžně sledovat a zaznamenávat ionizující záření radiofarmak podaných pacientům s rakovinou štítné žlázy představil studentkám a studentům středních škol během akce Den lékařským fyzikem dne 5. června 2019 doc. Tomáš Vrba z katedry dozimetrie a aplikace ionizujícího záření (KDAIZ) Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI).

V Česku se s různými nenádorovými i nádorovými onemocněními štítné žlázy léčí podle statistik Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) více než 1500 pacientů ročně. Malé a klinicky se neprojevující karcinomy má ale až desetina populace. Onemocnění se zpravidla léčí chirurgicky a v některých případech i podáním takzvaného radiojódu (131I). Úspěch jodové terapie závisí na absorbované dávce v oblasti zájmů (množství záření dodaného tumoru či jiné nežádoucí tkáni). Stanovování této veličiny je nyní značně komplikované.

Pracovníci KDAIZ proto v rámci projektu Centra aplikovaných pokročilých přírodních věd (CAAS) pracují na vývoji malého zařízení, které by mohl pacient po podání léku nosit, aby tak lékaři získali přesnější informaci. „Jde o malý detektor, který se pacientovi přilepí na krk, a k němu bude připojené malé zařízení zaznamenávající měření pro další vyhodnocení,“ vysvětluje doc. Tomáš Vrba, který projekt vede. Přesné měření umožní lépe plánovat léčbu a podávat pacientům optimální množství léčivé látky. Zařízení, v podobě funkčního prototypu, by mělo vzniknout do roku 2023.

Jde o jeden z několika výzkumných úkolů, který KDAIZ vedle přípravy budoucích radiologických techniků a fyziků realizuje. Do vědecké činnosti se přitom kromě pracovníků fakulty a doktorandů zapojují také studenti.

Den lékařským fyzikem měl plno

Plnou kapacitu, tedy 75 studentek a studentů středních škol, mohli opět ohlásit pořadatelé akce Den lékařským fyzikem. Jejím cílem je představit radiologickou fyziku a její přínosy potenciálním studentům. „Radiodiagnostika, radioterapie a nukleární medicína jsou lékařské obory, které jsou na vzestupu, nicméně veřejnost je až tak nezná. Právě proto jsme před třemi lety připravili první setkání nazvané Den lékařským fyzikem a jsme rádi, že byť jej pořádáme dvakrát do roka, nikdy nemáme problém s naplněním kapacity,“ říká Tereza Hanušová z KDAIZ, která akci vede.

Účastníci se během dopoledne teoreticky seznámili s radiačními technologiemi v lékařství a odpoledne si práci radiologického fyzika vyzkoušeli na vlastní kůži. Navíc měli možnost navštívit špičková radiologická pracoviště předních českých nemocnic.

V České republice nyní radiologické fyziky připravuje pouze FJFI. Poptávka po absolventech přitom převyšuje počty absolventů, jejichž výuku zajišťuje FJFI ve spolupráci s 3. lékařskou fakultou Univerzity Karlovy a významnými klinickými pracovišti odborníky z praxe.

Aplikace jaderných metod (APPLICATIONS)

Koordinátor programu: doc. Ing. Tomáš Trojek, Ph.D.

Tato skupina dále rozvine výzkum v oblasti využití fyzikálních metod ve zdravotnictví, monitorování životního prostředí a aplikaci jaderných metod při studiu a ochraně kulturního dědictví. Vědecké aktivity týmu navazují na výzkum, který byl součástí šestiletého projektu Aplikace radionuklidů a ionizujícího záření. Předkládaná studie předmětů českého kulturního
dědictví je spojena se dvěma projekty Ministerstva kultury České republiky.

Vědecká témata zdravotnické fyziky doplňují mezinárodní projekt OPPERA CAThyMARA (Adult Thyroid Monitoring After Reactor Accident). Skupina bude pokračovat v aplikaci fyzikálních a jaderných metod v širším kontextu důležitém pro společnost. Aplikace jaderných metod jsou v současnosti předmětem studia na FJFI (http://kdaiz.fjfi.cvut.cz/aktivity/publikace.html).

Aplikovaný výzkum tohoto programu se zaměří na tyto následující oblasti:

A) Radiologická fyzika
B) Životní prostředí a monitorování
C) Kulturní dědictví